机械设计千斤顶
千斤顶说明书
专业：机械设计制造及其自动化专业
班级：09机制一班
学号：020900133 设计者：赵强 指导老师：姚立纲 完成日期:2011.10
一．目的
二．题目及方案
三．受力简图
四．计算内容
五．参考文献
目录
螺旋千斤顶设计过程
------------------------------------------------------------------------------------------------------ 千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。
设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。
------------------------------------------------------------------------------------------------- 设计的原始数据是：最大起重量F=48KN和最大提升高度H’=200mm。
计 算 及 说 明
1. 螺杆的设计与计算
1.1 螺杆螺纹类型的选择
螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。
结 果
因此选用
的螺杆螺纹是
梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以牙形角α=30º的锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形单线梯形螺纹。 螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。
因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹。 1.2 选取螺杆材料
螺杆材料选择45号钢，σs = 355MPa（机械设计课程设计手册
螺杆材料：45钢
[σ]=88.75MPa
p27），根据主教材表5-13，选安全系数S=4，则
[σ]=σs=355=88.75MPa。
S
4
计算圆整得：
1.3 确定螺杆直径
按耐磨性条件确定螺杆中径d2。d2≥
d2=33mm
h[p]
查表得：
由于是梯形螺纹，h=0.5P ，
d2≥0.8
[p]
d=36mm
d1=29mm
P=6mm
n=1
f=0.09
由课本P97知φ值一般取1.2～3.5，取φ=1.8。
根据主教材表5-12，由相对滑动速度一般小于3米每分钟，且
φ
代入数据，得 d2≥0.8
=33.7mm
，故取螺纹中径
1.8⨯15d2=33mm
根据螺杆中径d2=33mm,按照GB/T 5796.2-2005标准，选取螺杆的
公称直径d=36mm，
（查千斤顶指导书上的附表），螺距
d1=29mm
P=6mm，线数n=1，螺旋副的摩擦系数f=0.09（课本P97）。
螺母高度H=φd2=1.8⨯33=59.4mm，旋合圈数
u=10
H59.4 u===9.9≈10(圈)≤10（圈）。
P6
1.4 自锁验算
ϕ=3.86︒
自锁条件是 ψ≤ϕv。
ϕv=5.32︒
式中：ψ为螺纹中径处升角；ϕv为当量摩擦角（当量摩擦角
ϕv=arctanμv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。
np1⨯7
=arctan()=3.86° πd23.14⨯33f0.09
ϕv===5.32°
cosβcos12
ϕ=arctan
∴ϕv-ϕ>1° ∴满足自锁条件 1.5 结构（见图1―2）
计 算 及 说 明
如下图:
结 果
螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7， 因此需要加大直径。手柄孔径dk的大小根据手柄直径 dp决定，dk≥dp十0.5mm。为了便于切制螺纹，螺纹 上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径 d1约小0.2～0.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。为了 便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于 d1的圆柱体。为了防止工作 时螺杆从螺母中脱出，在螺 杆下端必须安置钢制挡圈 (GB/T891-1986)，挡圈用紧定 螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆
端部。其中：1.5P=9mm
D13=(1.7错误！未找到引用源。1.9)d=1.8×36=64.8mm 取错误！未找到引用源。=65mm
(1.4错误！未找到引用源。1.6)d=1.5错误！未找到引用源。28=42mm H1+H`=200+59.4=259.4mm 0.25d=7mm
1.6螺杆强度计算
对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算
d2
T=Ftan(ψ+ϕ)⋅。方法参阅教材公式(5.47)，其中扭矩 v
2式中：ψ为螺纹中径处升角，ϕv为当量摩擦角。 代入数值得： T=Ftan(ψ+ϕv)⋅
A=
π
4
d1=
2
π
4
d236=48⨯tan(3.86 +5.32 )⨯=139.6N22
螺杆承受扭矩
T=139.6N⋅m
⨯292=660.52mm2σca=72.67MPa
根据第四强度理论校核螺杆的强度：
14T22
σca=F+3()=72.67MPa
Ad1
∴该螺杆满足强度要求 1.7稳定性计算
细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。
Id1
i===7.25mm(I为螺杆危险截面 螺杆危险截面的惯性半径
A4
的
i=7.25mm
计 算 及 说 明 结 果
螺杆的长度系数μ=2（千斤顶中螺杆为一端固定一端自由）
举起重物后托杯底面到螺母中部的高度
H l=h1+H'+ 2
因为h1= (1.8~2)d1 取h1=2d1=2⨯29=58mm
H'=200mm H=59.4mm（计算见螺母的计算）
H l=h1+H'+=58+200+29.7=287.7mm 2l=287.7mm
轴惯性矩)
∴螺杆的柔度λs=
μl
i
=
2⨯287.7
=79.37mm
7.25
λs=79.37mm
本题螺杆不淬火，λs＜90
Fcr=
π2EI
(μl)2
由课本P99得
Fcr=213.2kN
E=2.06⨯10MPa
5
（1）
I=
πd14
64
（2）
联立（1）、（2）两式，并代入数值得：
Fcr=213.2kN
Fcr213.2
==4.44>3.5 ，螺杆满足稳定性要求 ∴ F48
螺杆材料为45钢，
d=36mm，
综上可得：所选螺杆材料为45钢，公称直径d=36mm，中径
d2=33.7mm，小径d1=29mm，螺距P=6mm，线数n=1。
d2=33.7mm， d1=29mm，
2. 螺母设计与计算
2.1选取螺母材料
螺母材料选用青铜：ZCuA19Mn2，许用压强[p]=15MPa。
P=6mm， n=1
2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u
根据耐磨性定出螺母的高度H (H≥取整)，校核φ＝H /d2=1.2～2.5 螺
母
高
度
FP螺母材料：,取整), 求旋合圈数u (u≤10,不必πd2h[p]ZCuA19Mn2
H=φd2=1.8⨯33=59.4mm，旋合圈数
u=10
H59.4u===9.9≈10(圈)≤10（圈）。
P6
H=59.4mm
计 算 及 说 明 结 果
一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母
的其它尺寸见图1―3。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。
2.3校核螺纹牙强度 根据教材表5-13，对于青铜螺母[τ]=30~40MPa，[σb]取40-60Mpa，
这里取[τ]=30MPa，[σb]=40MPa根据教材式（5-48）得螺纹牙危险截
面的剪切应力为
F48000
2.3校核螺纹牙强度
螺纹牙危险截
面的剪切应力：
形螺纹），取D＝1.6d=57.6mm, D2=1.5d=54mm,l==错误！未找到引用
τ=6.8MPa
源。=1.8mm(见图册P93)
σ=18.8MPa
6Fl6⨯48000⨯1.8
σ===18.8.MPa≤[σb]
πDb2uπ⨯57.6⨯(0.65⨯6)2⨯10
可见，螺母螺纹牙强度合格。∴满足要求
HH
2.4 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用8或8
r7n7
等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―
τ=
πDbu
=
3.14⨯57.6⨯0.65⨯6⨯10
=6.8MPa
7）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―
1）。
选取紧定螺钉规格：螺钉 GB/T 71 M10⨯30
紧定螺钉： M10⨯30
计 算 及 说 明 结 果
3. 托杯的设计与计算
托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其
结构尺寸见图1―4。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相
对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，
在螺杆上端应装有挡板。
F
压力强度校核公式： p= 22
π(D12-D11)
D10=110mm 4
D11=29.8mm
式中，D12=D13-3=1.8d-3=1.8⨯44-3=76.2mm
D12=76.2mm
D11=0.7d=0.7⨯44=29.8mm D13=79.2mm
代入数值得，p=14.25MPa
选托杯材料： HT200 由经验公式得，
[p]=(0.4~0.5)σb=(0.4~0.5)⨯200=(80~100)MPa
∵ p
∴ 托杯满足要求
p=14.25MPa
4. 手柄设计与计算
4.1 手柄材料 手柄材料选用Q235钢 4.2 手柄长度Lp
板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2 ，则 Lp=
T1+T2
K
式中：K——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N，工作时间较长时为100～150N，本题中选K=250N
T1——螺旋副间的摩擦阻力矩
-3
d2 33⨯10T1=Fψ+ϕv)⋅=48000⨯tan(3.86+5.32)=128N⋅mT1＝128N.m tan(22
T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，
1D3-d3
T2= f F,当托杯的材料为铸铁时f=0.12～0.15, D0=D-(1～
3D0-d0
2)mm,d0=D1+(1～2)mm, D、D1见《图册》) D＝1.6d=57.6mm,
D2=1.5d=54mm,取D0=D-1=56.6mm, D1=0.8d=28.8mm,
d0=D1+1=29.6mm, f=0.12
注：若L超过千斤顶总高度时，手柄应分段。
3333
T2=
D-d0110.0566-0.0296
f⋅F02=⨯0.12⨯48000⨯=128.2N∙m222330.0566-0.0296D0-d0
T2＝128.2N.m
Lp=
T1+T2128+128.2
==1.02m K250
Lp=1.02m
L=1.05m
L=Lp+D/2=1.02+0.0288=1.05m大于千斤顶总高度，帮手柄应分段。
计 算 及 说 明
4.3手柄直径dp
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为 ：
KLp
σb=≤[σ]把手柄看成是悬臂梁，然后按弯曲强度计算直径dp （dp b
0.1d3p
结 果
3
≥
K⋅Lp
, 取整。其中：当手柄材料为Q235时[σb]=150MPa）
0.1[σb]
3
dp=
Fp⋅Lp
,
0.1[σb]
3
KLp250⨯1.02⨯10
==25.7mm
0.1[σ]b0.1⨯150
dp=26mm
可以取 dp=26mm
5．计算传动总效率η
FP48⨯6 η===17.9%= 2π(T1+T2)2π⨯128+128.2
4.4 结构
手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面
应加上挡环（图1―6），并用螺钉或铆合固定。
5. 底座设计
底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），铸件的壁厚δ不 应小于8～12mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其 外形制成1∶10的斜度。
图中，H1=H+20=220+20=240mm
D6=D3+8=1.8D+8=1.8⨯44+8=87.2mm
故 dp≥H1=240mm
D6=87.2mm
D7=135.2mm D8=231mm
D7=D6+
H1240
=87.2+=135.2mm 55
底座下垫物为木材，许用挤压应力
D8=
4F
πσp
+D72=
4⨯55000
+135.22=231mm 2π
计 算 及 说 明
结 果
参考文献
[1] 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册[M].3版.北京:高等教育出版社,2006.
[2] 濮良贵、纪名刚.机械设计[M].8版.北京:高等教育出版社，2005.
[3] 张肖鹏.机械设计同步辅导及习题全解.北京:中国矿业出版社.2007.